UE75 - Phys5E - Physique quantique

Le module de physique est divisé en deux parties.

Partie 1 : Introduction à la physique quantique
- Chap. 1 : Introduction historique
- Chap. 2 : Nécessité d’une nouvelle physique
- Chap. 3 : Les outils mathématiques de la mécanique quantique. Les postulats de la mécanique quantique
- Chap.4 : Relation d’incertitude d’Heisenberg
- Chap. 5 : L’oscillateur harmonique en mécanique quantique
- Chap. 6 : Le moment angulaire en mécanique quantique
- Chap. 7 : L’atome d’hydrogène

Partie 2 : De la physique quantique aux technologies quantiques
- Chap. 1 : Systèmes quantiques de dimension finie. Spin et moment magnétique – Expérience de Stern-Gerlach, Résonance Magnétique Nucléaire 
- Chap. 2 : Méthodes du calcul des perturbations stationnaire et dépendante du temps
- Chap. 3 : Dynamique quantique, vitesse quantique limite.
- Chap. 4 : Introduction aux technologies quantiques.

La première partie du cours (Introduction à la physique quantique ) a pour but d’initier les étudiants à la physique quantique.  La première partie décrit l’état de la physique à la fin du XIX, début du XX siècle. Les phénomènes physiques que n’explique pas la physique classique sont introduits : rayonnement du corps noir, effet photoélectrique, effet Compton, … Les postulats de la physique quantique sont alors introduits ainsi que l’équation de Schrödinger. Le but est que l’étudiant se familiarise avec les notions suivantes :
- opérateurs, opérateurs hermitiques, observables
- notion de mesure en physique quantique
- formalisme-notation de Dirac.
- inégalité d’Heisenberg
L’étudiant peut ensuite envisager les applications de ce formalisme à :
- oscillateur harmonique
- moment cinétique
- atome d’hydrogène.
L’atome de Bohr est étudié lors du premier TD, et ses limitations physiques sont démontrées.
La notion d’ECOC est étudié lors du dernier TD.

La seconde partie du module (De la physique quantique aux technologies quantiques) a pour but d’utiliser ces concepts pour décrire différentes applications allant du Maser et de la Résonance Magnétique Nucléaire aux technologies quantiques. Les étudiants se familiariseront également avec différentes méthodes mathématiques et numériques comme la théorie des perturbations, la résolution de l’équation de Schrödinger dépendante du temps et la vitesse quantique limite

PHYSIQUE : la physique classique est un pré-requis incontournable notamment la mécanique Newtonienne et l’électromagnétisme.
MATHÉMATIQUES : Dérivation, intégration, équations différentielles, algèbre linéaire et calcul matriciel, diagonalisation donc valeurs et vecteurs propres.

RNCP38978BC06 - Résoudre un problème en sciences physiques, développer des modèles
- Manipuler les mécanismes fondamentaux à l’échelle microscopique, modéliser les phénomènes macroscopiques, relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques
- Proposer des analogies, faire des estimations d’ordres de grandeur et en saisir la signification
- Manipuler les principaux outils mathématiques utiles en physique
- Mobiliser les concepts fondamentaux pour modéliser, analyser et résoudre des problèmes simples de physique
- Aborder et résoudre par approximations successives et décompositions un problème complexe
- Valider un modèle par comparaison de ses prévisions aux résultats expérimentaux et apprécier ses limites de validité

RNCP38979BC06 - Contribuer par ses connaissances en physique et en chimie à une meilleur maitrise des process physiques et /ou chimiques
- Modéliser, analyser et résoudre des problèmes simples dans les différents domaines de la physique et de la chimie en mobilisant les concepts fondamentaux.
- Identifier et comprendre les phénomènes physiques et chimiques mis en jeu dans différentes situations.
- Manipuler les mécanismes fondamentaux à l’échelle microscopique, modéliser les phénomènes macroscopiques, relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques.
- Proposer des analogies, faire des estimations d’ordres de grandeurs et en saisir la signification afin d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques et chimiques.
- Manipuler les principaux outils mathématiques utiles en physique et en chimie.

RNCP38979BC07 - Effectuer des campagnes expérimentales pertinentes dans le domaine de la physique et de la chimie et les analyser
- Valider un modèle par comparaison de ses prévisions aux résultats expérimentaux et apprécier ses limites de validité pour des applications mettant en jeu des phénomènes physiques et/ou chimiques.